PCE – Projeto de Conversores Estáticos Circuitos de … · O circuito driver deve estar próximo ao dispositivo acionado. Prof. Yales Rômulo De Novaes, Dr. 10 ... Fonte: Agilent

Prof. Yales Rômulo De Novaes, Dr.

UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINACENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA

PCE – Projeto de Conversores Estáticos

Circuitos de acionamento de MOSFETS e IGBTs

(Driver)

Última atualização: 09/5/14


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Aula anteriores

� Snubber de Undeland


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Tópicos

� Acionamento de MOSFETs e IGBTs

� Tipos de drivers

� Circuitos não-isolados e isolados


4

Introdução

� Realiza a interconexão entre circuito de controle e circuito de

potência.


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Introdução

Funções:

• Propiciar operação adequada na condução, bloqueio e comutação

• Proteger o transistor contra sobrecorrentes e curto-circuitos

• Garantir que o transistor não entre em condução espontaneamente

• “Minimizar” as perdas de comutação

• Ter reduzido atraso entre o comando e a entrada em condução do transistor


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Introdução

� Aplica-se tensão entre Gate e Source (MOSFET) ou Gate e Emissor

(IGBT) (15V para MOSFETS e IGBTs convencionais)

� É necessário carregar e descarregar Ciss

� Os tempos de comutação são dependentes da velocidade de carga e

descarga de Ciss (MOSFET) (Ciss= CGS+ CGD, CDS em curto).

� IGBTs: o tempo de bloqueio é menos dependente de Rg.


7

Introdução

Fonte: IXYS, AN0002


8

Tipos de drivers

� Não-isolados

� Isolados

� Opto acopladores

� Transformadores (de pulso, possibilidade de usar sinal modulado)

� Fibra óptica

A necessidade de isolação de um driver vai depender da estratégia de

isolação adotada para o circuito/sistema.

Drivers podem ter tensão de bloqueio negativa ou zero.


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Tipos de drivers

� Sobre a necessidade de tensão de bloqueio negativa

A descarga rápida dos capacitores CGD, CDS e CGS aliada à presença

de resistência de gatilho e indutância parasita de gatilho, pode levar

ao disparo acidental de um dos MOSFETs (que deveria permanecer

bloqueado).

� O bloqueio com tensão negativa evita

que o sinal de gatilho atinja o valor de

threshold.

� O circuito driver deve estar próximo

ao dispositivo acionado


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Driver não isolado

Pg 2 Vg Qg fs= ⋅ ⋅ ⋅

gon goffgpk

g

V VI

R

−=

Eon V Q∆ = ∆ ⋅ ∆

Q 60nC∆ =V 15 ( 5)V 20V∆ = − − =

Ex.: IRGPH40F, considere capacidade

de bloqueio com tensão negativa (não

consist. com a figura)

Pg ?=


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Driver não isolado

Ajuste de tempos de entrada em

condução e bloqueio independentes


12Prof. Cassiano Rech

Circuito de comando não isolado com tensão negativa e proteção contra sobrecorrente

R6

+C2Z2

V

V

R1

IGBT

R 2 R 3D 1

R 4

Q2

D 2

R 5

D 3

Z 3 D 4

C 1

COM

CC

VCC

Q1

Q2


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• Isolação galvânica

• Operação em alta frequência

• Razão cíclica limitada para desmagnetizar o transformador de pulsos

• Baixo custo

• Necessita de apenas uma fonte de alimentação por interruptor

Circuito de comando isolado com transformador de pu lso



Circuito de comando isolado com transformador de pu lso

V

D

V

0

IGBT

R2

Z 1 RG

Z 2

R1

COM

CC

NP NS 1

Q 1



Comando isolado com transformador de pulso, tensão negativa e proteção contra sobrecorrente

V

V

2N2222

IGBT

R1

Z 2

Z1

R 2 R 3D 1

R 4

Q2

D 2

R 5

D3

Z 4 D 4

C 1

NPN

S

COM

CC

Z 3

Q3

C 2

R 4



Circuito de comando isolado com optoacoplador

• Necessita de alimentação isolada

• Permite sobre-modulação e razão cíclica elevada

• Apresenta pouca imunidade a interferência por ruídos (em relação aos optos convencionais)

• Frequência de comutação limitada (100 kHz)

Fonte: Agilent 2.5 A output current IGBT gate drive optocoupler



Q1

Q2Q3Vdi

R2

R3

R5

R6

+C2

C1D3

Dd1 D2

D4

Z1

Z2

S

Vcc2

Vcc2

R1

8765

HCPL-2211

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43

CdRd

Entrada

Circuito de comando isolado com optoacoplador



Circuito de comando bootstrap

• NÃO REALIZA ISOLAÇÃO

• Possui pequena limitação de razão cíclica (0,05 < D < 0,95)

• O diodo bootstrap é ultra-rápido e de “alta tensão”

• Custo reduzido

• Aplicado em circuitos em que os interruptores comutam de forma complementar (meia-ponte, ponte completa)


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Fonte: Mitsubischi Electric, “Bootstrap Circuit Design Manual”,


20


Fonte: www.irf.com


21

Circuitos comerciais

Fonte: www.irf.com


22

Fonte: Powerex

Circuitos comerciais


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Comentários finais

• Sobre layout


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Trabalho – Avaliação 3

• Identificar e detalhar funcionamento e aplicações de circuitos de gatilho (Gate drivers comerciais) ou

• Identificar e detalhar funcionamento e aplicações de circuitos de comando/controle comerciais

• Entrega: apresentação e arquivo de apresentação, prazo 25/11/2015. Tempo de apresentação 30-45 min. Equipe típica 2 pessoas

International Rectifier

Infineon

Linear Tech.

STMicroelectronics

Fairchild

IXYS

CLARE

Intersil

Freescale

TI – Texas Instr.

Semikron

Avago

Cree

Monolithicpower


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Trabalho – Avaliação 3

Sugestões de circuitos integrados para os trabalhos:

- FAN7621 Fairchild

- MC34067 – On Semiconductor

- HFC0400 – Monolithic Power Systems

- MP020 – 5 Monolithic

- HR1000 - Monolithic

- HFC0100 – Monolithic

- FSCQ0565 – Fairchild

- MP7770 – Monolithic

- NCP1937 On semiconductor

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